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金属污染物对电芯安全的影响

电源技术 | 发布时间:2018-07-08 | 人气: | #评论# | 本文关键字:电池,电芯,金属污染物
摘要:用1.4Ah的多层软包样本做的实验, 本文选自《Effect of Induced Metal Contaminants on Lithium-ion Cell Safety 》 。 研究问题定义和实验验证 在使用过程中由于可能形成内部短路,锂离子电池中的金属颗粒可

用1.4Ah的多层软包样本做的实验,本文选自《Effect of Induced Metal Contaminants on Lithium-ion Cell Safety 》

研究问题定义和实验验证

在使用过程中由于可能形成内部短路,锂离子电池中的金属颗粒可能会带来安全风险。不同的外部滥用实验与真实的金属颗粒残留可能存在差异性的问题,所以想要评估金属颗粒如何导致电池短路需要解决以下的问题:

1)短路的严重程度是否取决于电池内颗粒的位置?

2)短路的严重程度是否取决于颗粒的大小?(隔膜穿透与枝晶形成,引发的四种不同的内短路形式)

隔膜穿透与枝晶形成,引发的四种不同的内短路形式

不同内短路形式下的产热功率和曲线

不同内短路形式下的产热功率和曲线

  • 在不同的粒径下,如何检测到金属颗粒引起的影响,并在制造过程中拒绝电池?

3)内短路的严重程度是否随循环或存储而增加?

实验的方法

测试1: 500-700μm铁颗粒(易于处理)

测试2:50-150μm铁颗粒(已知金属污染物最小尺寸)

检测方法和测试

  • 电极堆组装后的Hi-Pot测试

这个实验有置信度的问题,较大颗粒是能给检测出来的,在阴极表面上才会让测试结果有差异

电极堆组装后的Hi-Pot测试

  • 自放电(Delta-OCV)在老化过程中检查(50%SOC,35ºC下7天)

  • 循环寿命测试(100%DOD,1C / 1C速率,电芯加压下做35ºC)

不同循环下的实验结果,在正极中心处最为明显,使得容量的衰减要更快一些。

较大尺寸的金属颗粒

较小尺寸的金属颗粒

  • 储存测试(在35ºC加压下100%SOC)

采用自放电测试,在正极极片上的金属颗粒会产生较大的电压降,实际颗粒对于存储容量衰减差异并不大

在经历过循环和存储以后,电芯的自放电速度还是要更快

  • 我们检出来自放电大的电芯,其金属污染物在阴极中心的比较明显,这个循环寿命在后面会明显加速跳下来

小电池实验结论:

  • 即使是远大于隔膜厚度(20-28倍)的颗粒也不会产生内部短路,实验条件为加压下下循环

  • 阳极的金属颗粒不会导致内部电池短路

  • 只有初始位于阴极上的金属颗粒,如果尺寸和质量足够,会导致内部电池短路

  • 在制造商的老化/存储工艺步骤中,可通过自放电和容量损失检测到大的金属颗粒

  • 100μm以下的颗粒影响有限,而150μm附近的颗粒确实会导致电芯循环寿命失效

一些想法:在没有外部滥用的条件下,如果在制程过程中有金属颗粒带来结果是可控的,用循环和日历存储实验的结果还可以,电芯没有出现安全性的问题。还有就是自放电实验,还是我们检测新电芯最有效的手段,能够把后期跳水的电芯有效的检测出来


责任编辑:电金属污染物对电

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